探究式物理概念教学的实践与思考.doc

探究式物理概念教学的实践与思考 广西民族高中 韦学军 物理概念是对物理现象、物理过程进行概括化和抽象化思维的形式。它反映的不再是个别的物理现象和具体的物理过程，而是物理世界中具有相同的本质属性的一类物理现象、物理过程；它是人类对物理世界进行分析综合的产物，是物理学习或物理思维的基本单位，它不仅是物理基础知识的重要组成部分，也是组成物理公式，构建物理规律和完善理论的基础和前提。物理概念是学生学好物理的关键，是中学物理教学的重头戏。物理概念来源于生产生活实践，学生在学习物理概念之前，已经在学习、生活中对周围的客观世界有了一定的认识和了解，积累了一定的经验，形成了一系列对客观世界的看法或观念，这就是前概念。例如高一学生在小学、初中阶段已经对运动、力、热、电、声、光等物理现象有所了解，形成了许多关于这些现象的观念，比如他们知道运动有快慢之分，认为“合力就是几个力之和”，“浮力是物体受到向上的力”，“要使静止的物体运动，必须对物体施加力的作用”，“轻的羽毛或纸片下落得比石块慢”，“功可以转化为能”，“电流就是电荷的运动”可以说前概念广泛地存在于学生的头脑之中，无时不在地影响他们的思维和对客观世界的认识。这些观念包含着合理、有价值的成份，也有片面的、甚至错误的成份。这就是我们所面对的教学实际，教师应对学生中存在的前概念产生的原因认真研究，充分挖掘出其合理有价值的成份，创设鲜活的、丰富多彩的物理情景，因势利导，克服、纠正错误的前概念的影响，形成正确的、科学的物理概念。建构主义认为，知识不是通过传授获得的，而是学生在一定的社会文化背景即情景，借助教师和同学的帮助，利用学习资源通过意义建构的方式获得的。物理概念本身就是在科学探究的过程中，在学生原有认识的基础上生成、澄清和发展起来的。课堂教学要遵循青少年心理认知的特点，从具体到抽象，从感性到理性，尽最大可能给学生提供现实生活中他们熟悉的、新鲜的、丰富多彩的感性材料，或者精心设计一系列问题情景，让学生亲临其境，参与其中的科学探究活动，丰富学生的情感和体验，引起认知冲突，提出问题，探究解决问题的途径和方法，从而形成正确的物理概念。因此探究式教学方法在中学物理概念教学中应该大有可为，应该成为概念教学的主基调。概念的掌握过程一般分为引入、形成、巩固深化三个层次，其基本流程如下：前 概 念已有的物理知识已有的物理观念新的物理事实中心问题搭建创设物理情景提供科学事实形成意义建构信息加工组织形成新的概念新课的引入提出问题探究过程分析综合 抽象概括应用过程巩固 深化探究式物理概念教学的基本形式（一） 实验探究。利用实验的直观性、真实性再现真实情景。心理学研究结果和实践经验都告诉我们，亲身经历过、感受过并获得深刻体验的东西，往往令人终身难忘。因此建构主义主张“亲临现场的教学方法”，课堂教学要根据不同概念和学生的已有认知水平，精心设计有创意的演示实验或学生动手实验，引起学生的学习兴趣，让学生在轻松愉快的活动中，学会观察和体验，培养他们善于思考、勇于探索的科学精神，培养他们学会合作、交流，学会归纳总结和表达，从而体验到物理概念引入的必要性和形成过程，加深对概念的认识和理解。这类概念有：摩擦力、合力、惯性、电阻、电流、光的反射、折射和全反射等。 （二）理论探究。运用学过的物理知识，数学知识，对某类物理现象或物理过程进行合乎逻辑的理论推导，并对得出的结论、形成的概念的内涵和外延进行充分的揭示，阐释其内在的物理意义。这类概念有：位移、速度、加速度、功、功率、电场、电势、电容、磁感应强度等。（三）实验探究和理论探究相结合。有些概念比如：向心力、冲量、电场线、等势线（面）、安培力、洛仑兹力、电动势等，在课堂教学中应采用实验探究和理论探究相结合的教法，让学生认识到这些抽象的物理概念也是来源于物理实际，是在实际问题的基础上进行理论的概括和抽象形成的，一旦有了这些概念，就可以容易地描述同类的物理现象，揭示其内在的物理规律。案例分析案例一“合力与分力的概念”教学教学说明：在初中物理，学生接触到了在同一直线上的合力，初步具备了合力与分力的概念。合力与分力的概念及其它们之间的关系是后面“合成与分解”以及矢量运算的基础。教学设计（让两位学生到讲台前面来，分别提两桶水。）教师：手臂的肌肉有什么感觉？学生：张紧，酸痛。教师：现在两个共同提一桶水。教师：第二次与第一次有什么不同的感觉？学生：第二次省力。教师：省多少？学生：省一半力。（让两位学生的上半身逐渐远离。）教师：现在的感觉与第二次又有什么不同呢？学生：越来越吃力了！教师：是什么原因造成越来越吃力呢？学生：因为我们俩作用的两个力的夹角变大了。（再让几位半信半疑的学生上来体验）教师：提水桶时我们是通过肌肉张紧的程度来判断力的大小，现在我们用弹簧秤拉着钩码来重复刚才的实验过程。（在黑板上先用一只弹簧拉着钩码让学生读出此时弹簧秤的读数，接着再用两只弹簧秤一起拉着钩码，让学生读出两弹簧秤夹角变化时所对应的读数，使他们确信两个拉力的夹角变大时，两个力的大小也随着变化。）教师：在阅读课本的基础上，结合上面的实验探究，请同学们思考并回答下面两问题：（1）什么是合力？什么是分力？（2）分力一定小于合力吗？学生：一个人单独提水桶的力是合力，两个人共同提水桶个力是分力。学生：只用一只弹簧秤拉钩码的力是合力，两只弹簧秤同时拉钩码的力是分力。教师：怎样表达才更具有一般的意义呢？（引导学生理解课本中的表达，教师板书）教师：分力一定小于合力吗？随什么而发生变化？（教师和学生一起归纳出合力与分力的概念及他们之间的变化关系。）教学反思：（1）通过真实的、直观的实验探究活动，让学生在活动中体验，感悟到合力，分力的概念的建立过程，体会到合力与分力的“等效替代”关系，初步认识到合力与分力的大小关系，而这些是准确、完整的理解概念所必须的。（2）为下一步探究合力与分力的具体关系平行四边形定则做好的铺垫，提供了最有价值的研究方案。案例二“功的概念”教学教学设计（一）对功概念的初步理解教师：（问题）我们对功以及功与能的关系有了初步了解。生活中有许多做功的例子，例如举重运动员举起地上的杠铃，然后又向前走了一小段距离。（同时播放举重比赛的视频片段）。请分析运动员对杠铃做功的情况。（引导学生根据做功的两个必要因素，分阶段进行分析）教师：（问题）写出图（1）（2）中F对物体做的功S 图（1）FFS 图（2）（问题目的是加深对做功两个必要因素的理解及对W=FS的应用）板书：一、做功的两个必要因素：力和物体在力方向上的位移。教师：（问题）若力F与位移S有一夹角，如何求力F对物体所做的功？F1S 图（3）FF2S 图（4）F S1S2学生：分解力F为两个分力， F1不做功，F2做功，力F所做的功就等于F2所做的功，W= F2S=(F cos)S教师：这是课本采用的方法，除此之外还有别的方法吗？（学生讨论，思考，暂时找不到别的方法）教师：课本里为什么能对力F进行分解呢？学生：因为力是矢量。教师：位移S也是矢量！学生：知道啦，分解位移S！（通过引导学生利用两种方法推出功的计算公式，避免了对公式的死记硬背，更为重要的是学生掌握了求解的方法）板书：（二）公式W=F S cosF在位移S上是恒力，是F与S的夹角，功的单位焦耳（J）（三）正、负功的理解FS （b）=150oFS （a）=30o教师：（问题）利用公式分别计算下面三种情况下力对物体做的功（F=10N, S=2m） （c）FS=150o（投影展示、点评学生的课堂作业）教师：图（b）（c）力F做的功的绝对值相等，却出现“一正，一负”，这里的“正、负”号表示方向吗？（学生对此颇感疑惑，弄不清楚正、负号是否表示方向？若不是，那又表示什么？）教师：我们暂且放下上面的疑问，完成下面的练习之后你会有所领悟。（问题）质量为m=1kg的物体静止在光滑的水平面上,同时受到互相垂直的力F1 、F2的作用（F1 =3N、F2=4N， F1 与F2处于同一水平面上），作用时间t=2s。求：物体的加速度。物体的位移。F1 与F2分别对物体做到功，对物体做的总功又是多少。功是矢量还是标量？F2F1S（投影展示学生的作业并点评）教师：通过上面的练习我们发现W总=W1+W2，这说明功是矢量还是标量？为什么？学生：功能进行代数运算，说明功是标量，正负号不表示方向。教师：那么功的正、负功又表示什么意思呢？（至此学生还不能理解正、负功所表示的物理意义。）教师：我们都知道力对物体的作用总是要产生一定的效果，那么图（b）（c）中两个力对物体的运动产生的效果一样吗？学生：不一样，图（b）中F是动力，使物体的速度变快；图（c）中F是阻力，使物体的速度变慢。教师：正确。正功表示的是动力做功，负功表示的是阻力做功。（学生阅读课本，从数学的角度讨论W=FS cos，并结合图（a）（b）（c）加深对正负功的理解。）板书：三：功是标量，正功表示动力做功，负功表示阻力做功（四）、巩固、深化1、人徒步爬楼梯，支持力对人做功吗？2、以一定的初速度竖直向上抛出一小球，小球上升到高度为h，空气阻力恒为f，则小球从抛出至回到出发点的过程中空气阻力对小球做到功？3、如图所示，一个人通过滑轮沿与水平方向成角施一恒力F作用在绳的一端，使木块水平移动距离S。此过程中恒力F做到的为：A： FS cos B ：FS（1+ cos）C：2FS D:2 FS cosF教学反思1、功的教学通常的顺序为：推出功的计算公式。用公式讨论功的正负。功是标量。应用。其中负功的得出比较突然，物理含义没有直观的支撑，功是标量也只能灌输给学生。2、本节课以问题的形式，层层深入、环环相扣地创设问题情境，让学生应用已有的数学、物理知识进行理论的探究，得出相应的结论。在更深层次上理解了做功的两个必要因素，掌握了求力做功的方法，揭示了正、负功的物理含义。在实际的概念教学中，实验探究和理论探究要视教学的要求而灵活运用，它可以是课堂教学中一个或几个片段，也可以是贯穿于整个教学，其作用是尽量创设丰富多彩的物理情景，通过有机、有意和适度的探究活动让学生最大限度地参与到课堂活动中来，对概念产生的背景，建立的条件有所理解和体验，揭示概念的内涵和外延。培养学生的抽象、概括、分析问题的能力，使学习的过程既是一个知识习得的过程，同时也是一个体验、感悟、实践的过程，从而提高课堂教学的有效性。探究性学习是新课程所倡导的学